Двунаправленный конвертер напряжения для бортовых электротехнических комплексов автономных объектов

• Автор: Ниткин, Дмитрий Андреевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 206 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ БЕСКОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА

1.1 Анализ состояния городского электрического транспорта

1.2 Анализ современных накопителей электрической энергии для электрических подвижных объектов

1.2.1 Электрохимические накопители энергии

1.2.2 Индуктивные накопители энергии

1.2.3 Емкостные накопители энергии

1.2.4 Электромеханические накопители энергии

1.3 Структурные схемы построения системы электроснабжения

бесконтактного электрического подвижного объекта
2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА
2.1 Математическая модель кинематического движения ЭПО
2.2 Математическая модель динамических и энергетических процессов при движении ЭПО
3 СИНТЕЗ СИЛОВОЙ СХЕМЫ КОНВЕРТЕРА НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ БЭПО
3.1 Анализ принципов построения конвертеров напряжения
3.2 Двунаправленный конвертер напряжения с коммутацией при нулевом токе
3.3 Математическая модель двунаправленного конвертера напряжения с коммутацией при нулевом токе

4 КОМПЬЮТЕРНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ДВУНАПРАВЛЕННОГО КОНВЕРТЕРА С
КОММУТАЦИЕЙ ПРИ НУЛЕВОМ ТОКЕ
4 Л Компьютерное моделирование кинематических
процессов БЭПО
4.2 Компьютерное моделирование динамических и энергетических процессов БЭПО
4.3 Компьютерное моделирование электромагнитных процессов
в схеме ДККНТ
4.4 Практическая апробация результатов диссертационной работы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Сравнительные характеристики
ультраконденсаторов компании Maxwell
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Листинг программы расчета кинематических
процессов БЭПО в среде Mathcad
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Листинг программы математической модели
электромагнитных процессов ДККНТ в среде Mathcad
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Эпюры токов и напряжений в силовой схеме
ДККНТ в среде CASPOC
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Акт о практическом использовании результатов
диссертационной работы
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Акт внедрения результатов диссертационной
работы на ООО «Сименс»
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Акт о внедрении результатов диссертационной работы

ВВЕДЕНИЕ
Одним из перспективных направлений улучшения техникоэкономических и экологических показателей бортовых электротехнических комплексов является внедрение статических преобразователей электрической энергии, которые обладают сравнительно высокой эффективностью, управляемостью и гибкостью выполнения поставленных задач. Это относится к бортовым электротехническим комплексам, как летательных аппаратов, железнодорожного подвижного состава, так и городского общественного транспорта. Последние требуют более внимательного подхода в связи, с возрастающими к ним требованиями, как по эффективности, так и по экологии.
Следует отметить, что городской пассажирский транспорт - важнейшая составная часть социальной и производственной инфраструктуры города - на протяжении многих десятилетий является основным средством перевозки населения в городах России и многих стран мира. Устойчивое и эффективное функционирование этой отрасли является необходимым условием высоких темпов экономического роста, повышения качества жизни населения, а также рациональной интеграции России в> мировуюэкономику.
Однако интенсивное использование транспортных средств тесно связано с вопросами защиты окружающей среды. В ряде стран вводятся жесткие нормы выбросов вредных веществ автомобилей. В городах с большой плотностью транспортных потоков двигатели внутреннего сгорания сжигают большое количество кислорода, что приводит к уменьшению его доли в составе воздуха меньше допустимых 21 %. Для сжигания 1 кг бензина требуется 2,9 кг кислорода, уменьшение которого приводит к частичному сгоранию топлива. В результате этого происходит увеличение выбросов вредных веществ, в особенности монооксида углерода и углеводородов.
В связи с этим с каждым годом в мире все более активно развиваются различные электрические подвижные объекты. Одним из наиболее актуальных современных направлений развития электротранспорта является применение комбинированных (гибридных) или полностью электрических силовых установок, а также использование современных перспективных источников
1.3 Структурные схемы построения системы электроснабжения бесконтактного электрического подвижного объекта
Для решения обозначенных выше проблем современного электротранспорта разработана следующая концепция построения бесконтактного электрического подвижного объекта (БЭПО):
в качестве источника питания электрической энергией БЭПО использовать комбинацию электрохимического, накопителя' на базе АБ и емкостного накопителя на базе ультра-конденсаторов (УКН).
питание электрических тяговых двигателей при равномерном движении (в- установившихся режимах) осуществлять от АБ. Также от АБ обеспечивать электрической энергией собственные нужды БЭПО.
в пусковых режимах тяговые двигатели запитывать от УКН. запасание электрической энергии в УКН осуществлять за счет рекуперации кинетической энергии при торможении* БЭПО и дополнительно посредством станций подзаряда на линейных остановках.
на конечных остановках производить автоматическую быструю замену разряженной АБ на полностью заряженную.
С целью реализации- концепции* предложена структурная схема энергетической системы БЭПО (рисунок 1.5), которая содержит:
трансформаторно-распределительные подстанции (ТРП); станции быстрой замены и заряда аккумуляторных батарей (СБЗ);
М бесконтактных электрических подвижных объектов (БЭПО|);
N линейных станций подзаряда (ЛСПД.
ТРП осуществляет преобразование трехфазного напряжения 6 кВ переменного тока частотой 50 Гц, поступающего от городской электросети, в напряжение требуемых параметров для функционирования СБЗ. В общем случае ТРП расположены у конечных остановок маршрута следования БЭПО; При замкнутом маршруте может быть использована одна ТРП.